專利名稱：高剪切力三層聚烯烴防腐保溫鋼管及其制作工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高剪切力三層聚烯烴防腐保溫鋼管及其制作工藝，屬于防腐保溫鋼管領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
國內(nèi)長輸管道的防腐保溫通常應(yīng)用聚烯烴泡沫夾克管，內(nèi)層防腐管根據(jù)耐腐蝕等級的要求而采用不同防腐工藝。通常狀況下，內(nèi)層防腐管采用單層環(huán)氧涂料、雙層環(huán)氧涂料等工藝進(jìn)行生產(chǎn)。但是對于用于穿越沼澤、泥潭等特殊地域的防腐保溫管，因環(huán)境較為惡劣，要求提高管道耐腐蝕能力，鋼管防腐通常采用三層聚烯烴(3LP0)防腐結(jié)構(gòu)。三層聚烯烴(3LP0)防腐層技術(shù)，組成為底層環(huán)氧涂料，中間層為改性膠粘劑，面層為高密度聚烯烴。目前國內(nèi)工程普遍使用的是，環(huán)氧涂料為熱固性環(huán)氧粉末，膠粘劑為馬來酸酐接枝的低密度聚乙烯，面層為黑色的高密度聚乙烯或聚丙烯等。因三層聚烯烴(3LP0)防腐管道防腐結(jié)構(gòu)集成了熔結(jié)環(huán)氧粉末涂層優(yōu)異的耐化學(xué)介質(zhì)性能和聚烯烴涂層極佳的耐水氣滲透和機(jī)械保護(hù)性能，使之成為目前世界上最先進(jìn)的管道外防腐涂層結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的防腐保溫管是在防腐管的外層套接聚乙烯夾克，中間填充聚氨酯等發(fā)泡材料。對于用單層環(huán)氧、雙層環(huán)氧防腐管生產(chǎn)泡沫夾克管，因環(huán)氧涂料可以有效的與泡沫層粘接，因此可以滿足泡沫與防腐層之間剪切強(qiáng)度的要求。如果采用三層聚烯烴(3LP0)防腐管生產(chǎn)泡沫夾克管，對防腐層沒有有效的極化處理，就很難保證泡沫與防腐層之間剪切強(qiáng)度。三層聚烯烴(3LP0)防腐管防腐層外層是聚烯烴材料，以聚乙烯為例聚乙烯屬于非極性材料，因其結(jié)晶度高、存在若邊界層等原因，造成聚乙烯層很難與聚氨酯泡沫保溫層進(jìn)行有效的粘接。通常狀況下，聚乙烯層與聚氨酯泡沫塑料之間粘接力接近于零。而對于部分用于穿越的防腐保溫管，要求三層聚烯烴防腐層與保溫層之間在常溫23°C時軸向剪切強(qiáng)度大于0. 12MPa，切向剪切強(qiáng)度大于0. 2MPa。要滿足剪切強(qiáng)度的要求，最有效的方法是對防腐管表層聚烯烴極化。由于高極化電壓會破壞環(huán)氧的耐腐蝕性能，因此為了保證鋼管三層聚烯烴防腐層質(zhì)量，對防腐成品管表層聚烯烴極化不能采用傳統(tǒng)的電暈法極化工藝。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高剪切力三層聚烯烴防腐保溫鋼管及其制作工藝，既能夠解決防腐管表面聚烯烴層難以與聚氨酯發(fā)泡材料層進(jìn)行有效粘接的難題，又能夠解決防腐管表層聚烯烴極化過程中環(huán)氧粉末層的耐腐蝕性能被破壞的難題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是所述的高剪切力三層聚烯烴防腐保溫鋼管，包括三層聚烯烴防腐管，防腐管由內(nèi)到外依次包括鋼管管體、環(huán)氧粉末層、膠粘結(jié)層和聚烯烴層，其特征在于防腐管外套裝聚乙烯夾克管，防腐管和聚乙烯夾克管之間設(shè)有聚氨酯發(fā)泡材料層。高剪切力三層聚烯烴防腐保溫鋼管的制作工藝，其特征在于包括如下步驟
①采用拋丸機(jī)對鋼管管體表面進(jìn)行拋丸除銹處理；②采用噴槍對鋼管管體表面進(jìn)行環(huán)氧粉末靜電噴涂，得到環(huán)氧粉末層；③通過膠粘結(jié)劑將聚烯烴層包覆在環(huán)氧粉末層外，在鋼管管體表面形成防腐層，得到三層聚烯烴防腐管；④采用拋丸機(jī)對防腐管表面的聚烯烴層進(jìn)行拋丸處理；⑤用火焰對拋丸后的聚烯烴層進(jìn)行火焰加熱極化復(fù)合處理；⑥在防腐管外套裝聚乙烯夾克管，確保聚乙烯夾克管與防腐管的中心軸重合；⑦在防腐管和聚乙烯夾克管之間填充聚氨酯發(fā)泡材料，形成聚氨酯泡沫材料層。
其中所述的步驟④拋丸處理時間為:T5min，拋丸處理采用的介質(zhì)包括鋼丸、鋼砂，鋼丸質(zhì)量含量為20% 50%，鋼砂質(zhì)量含量為50% 80%。所述的鋼丸與鋼砂質(zhì)量比為I :3。所述的步驟⑤中火焰加熱極化復(fù)合處理的火焰加熱溫度為80(Tl200°C，連續(xù)加熱時間0. 5 1秒，循環(huán)加熱4次。三層聚烯烴防腐管(S卩3LP0防腐管)最外層的聚烯烴層經(jīng)拋丸處理后，表面由光滑變粗糙，并且表面形成大量細(xì)小的凹坑。當(dāng)聚氨酯發(fā)泡材料發(fā)泡時，由于分子的擴(kuò)散作用，泡沫分子進(jìn)入聚烯烴層表面的凹坑內(nèi)，泡沫固化后被機(jī)械的鑲嵌在凹坑中，形成許許多多微小的機(jī)械連接點，從而大大提高了聚烯烴層與聚氨酯發(fā)泡材料層之間的粘接力。步驟⑤中，火焰瞬間高溫效應(yīng)，使得聚烯烴表面產(chǎn)生自由基，這些活性基團(tuán)以共鍵形式互相結(jié)合，從而形成分子交聯(lián)，聚烯烴表面極性提高，從而使聚烯烴表面張力也大大增強(qiáng)了，活性基團(tuán)的出現(xiàn)和表面張力的提高，可以大大增強(qiáng)聚氨酯發(fā)泡材料層與聚烯烴層表面的粘接性能。步驟⑦中的聚氨酯發(fā)泡工藝為傳統(tǒng)工藝，操作前，在防腐管和聚乙烯夾克管之間用模具堵塞兩端，形成封閉區(qū)間，將封閉好的聚乙烯夾克管傾斜3(T45度，然后將聚醚或聚酯多元醇(白料)和多異氰酸酯(黑料)、水、催化劑、表面活性劑、發(fā)泡劑以及其他添加劑等發(fā)泡原料混合均勻注入到上述封閉區(qū)間中自然發(fā)泡即可，待發(fā)泡完成后將模具拆除，防腐管和聚乙烯夾克管之間即形成聚氨酯泡沫材料層。按照本發(fā)明的拋丸、火焰加熱極化復(fù)合處理工藝得到的高剪切力三層聚烯烴防腐保溫鋼管，經(jīng)測試極化后的三層聚烯烴防腐管表面張力高于50dyn/cm，由此制作的3LP0防腐泡沫夾克管的防腐管與保溫層(即聚氨酯發(fā)泡材料層)之間在常溫23°C時軸向剪切強(qiáng)度大于0. 12Mpa、切向剪切強(qiáng)度大于0. 2MPa，并且該工藝保護(hù)了 3LP0防腐管中環(huán)氧粉末層的耐腐蝕性能，從而解決了 3LP0防腐管制作大剪切力保溫管的難題，是一種適用于穿越沼澤、泥潭等特殊地域，輸送已被加熱的重質(zhì)黏性原油或燃料油等且需要保溫的防腐蝕保溫管道。本發(fā)明所具有的有益效果是本發(fā)明采用拋丸、火焰加熱極化復(fù)合處理工藝，既能增強(qiáng)聚氨酯發(fā)泡材料層與3PE防腐管表面聚乙烯層的粘接性能，以提高成品3PE防腐泡沫夾克管的剪切強(qiáng)度，又不會破壞3PE防腐管中環(huán)氧粉末層的耐腐蝕性能，從而突破了 3PE防腐管制作大剪切力保溫管的限制，解決了行業(yè)難題，為穿越沼澤、泥潭等特殊地域提供了一種可靠的防腐保溫鋼管產(chǎn)品O
圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、鋼管管體；2、環(huán)氧粉末層；3、膠粘結(jié)層；4、聚烯烴層；5、聚氨酯泡沫材料層；6、聚乙纟布夾克管。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例做進(jìn)一步描述如圖I所示，高剪切力三層聚烯烴防腐保溫鋼管，包括三層聚烯烴防腐管，防腐管由內(nèi)到外依次包括鋼管管體I、環(huán)氧粉末層2、膠粘結(jié)層3和聚烯烴層4，防腐管外套裝聚乙 烯夾克管6，防腐管和聚乙烯夾克管6之間設(shè)有聚氨酯發(fā)泡材料層5。三層聚烯烴防腐管(即3LP0防腐管)的種類很多，現(xiàn)以三層聚乙烯防腐管(3PE防腐管，即聚烯烴層為聚乙烯層)為例，描述本發(fā)明的制作工藝(I)按照常規(guī)工藝制得3PE防腐管先采用拋丸機(jī)對鋼管管體表面進(jìn)行拋丸除銹處理，然后用噴槍對鋼管管體表面進(jìn)行環(huán)氧粉末靜電噴涂，得到環(huán)氧粉末層，再通過膠粘結(jié)劑將聚乙烯層包覆在環(huán)氧粉末層外，在鋼管管體表面形成防腐層，得到3PE防腐管；(2)采用拋丸、火焰加熱極化復(fù)合工藝處理3PE防腐管的聚乙烯層將上述所得的3PE防腐管通過拋丸機(jī)進(jìn)行拋丸處理，拋丸處理采用的介質(zhì)包括鋼丸、鋼砂，其中，鋼丸質(zhì)量含量為35%，鋼砂質(zhì)量含量為65%，經(jīng)3 5min拋丸處理，使3PE防腐管表面的聚乙烯層由光滑變粗糙，并且表面形成大量細(xì)小的凹坑；然后，用80(Tl20(rC的火焰對拋丸后的3PE防腐管表層進(jìn)行瞬間加熱，加熱時間控制在O. 5 ls，循環(huán)加熱4次；之后，在3PE防腐管外套裝聚乙烯夾克管，并確保聚乙烯夾克管與3PE防腐管的中心軸重合；采用傳統(tǒng)聚氨酯發(fā)泡工藝在3PE防腐管和聚乙烯夾克管之間填充聚氨酯發(fā)泡材料層，最后得到滿足技術(shù)要求的3PE防腐泡沫夾克管。3PE防腐管表面的聚乙烯層經(jīng)拋丸處理后形成大量細(xì)小的凹坑，當(dāng)聚氨酯發(fā)泡材料發(fā)泡時，由于分子的擴(kuò)散作用，泡沫分子進(jìn)入聚乙烯層表面的凹坑內(nèi)，泡沫固化后被機(jī)械的鑲嵌在凹坑中，形成許許多多微小的機(jī)械連接點，從而大大提高了聚乙烯層與聚氨酯發(fā)泡材料層之間的粘接力；在火焰加熱極化工藝中，通過火焰瞬間高溫效應(yīng)，使得聚乙烯表面產(chǎn)生自由基，這些活性基團(tuán)以共鍵形式互相結(jié)合，從而形成分子交聯(lián)，原來聚乙烯的線性分子結(jié)構(gòu)變成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，聚乙烯表層分子形成極性活性基團(tuán)，隨著聚乙烯表面極性的提高表面張力也大大增強(qiáng)了，極性基團(tuán)的出現(xiàn)和表面張力的提高,可以大大增強(qiáng)聚氨酯發(fā)泡材料層與聚乙烯層表面的粘接性能。聚乙烯表面張力是檢測聚乙烯極性的一項重要指標(biāo)，用甲酰胺一乙二醇乙醚測定液測定拋丸、火焰加熱極化處理后的3PE防腐管表面作為檢測聚乙烯表面張力的檢測手段。在常溫(23±2°C)用50dyn/cm測定液(90. 7%甲酰胺9. 3%乙二醇乙醚混合液)、52dyn/cm測定液(93. 7%甲酰胺6. 3%乙二醇乙醚混合液)、54dyn/cm測定液(96. 5%甲酰胺3. 5%乙二醇乙醚混合液)檢測通過本實施例所得3PE防腐管PE層表面，測定結(jié)果張力52飛4dyn/cm。用極化后的3PE防腐管生產(chǎn)3PE防腐泡沫夾克管，經(jīng)測試鋼管外防腐保溫層中，防腐層(即3PE層)與保溫層(即聚氨酯發(fā)泡材料層)之間在常溫23°C時軸向剪切強(qiáng)度為O. 14Mpa、切向剪切強(qiáng)度為O. 22MPa。因此通過本工藝得到的3PE防腐泡沫夾克管滿足技術(shù)要求。本發(fā)明采用拋丸、火焰加熱極化復(fù)合處理工藝，既能增強(qiáng)聚氨酯發(fā)泡材料層與3PE 防腐管表面聚乙烯層的粘接性能，以提高成品3PE防腐泡沫夾克管的剪切強(qiáng)度，又不會破壞3PE防腐管中環(huán)氧粉末層的耐腐蝕性能，從而突破了 3PE防腐管制作大剪切力保溫管的限制，解決了行業(yè)難題，為穿越沼澤、泥潭等特殊地域提供了一種可靠的防腐保溫鋼管產(chǎn)品O
權(quán)利要求
1.一種高剪切力三層聚烯烴防腐保溫鋼管，包括三層聚烯烴防腐管，防腐管由內(nèi)到外依次包括鋼管管體、環(huán)氧粉末層、膠粘結(jié)層和聚烯烴層，其特征在于防腐管外套裝聚乙烯夾克管，防腐管和聚乙烯夾克管之間設(shè)有聚氨酯發(fā)泡材料層。
2.—種權(quán)利要求I所述的高剪切力三層聚烯烴防腐保溫鋼管的制作工藝，其特征在于包括如下步驟 ①采用拋丸機(jī)對鋼管管體表面進(jìn)行拋丸除銹處理； ②采用噴槍對鋼管管體表面進(jìn)行環(huán)氧粉末靜電噴涂，得到環(huán)氧粉末層； ③通過膠粘結(jié)劑將聚烯烴層包覆在環(huán)氧粉末層外，在鋼管管體表面形成防腐層，得到三層聚烯烴防腐管； ④采用拋丸機(jī)對防腐管表面的聚烯烴層進(jìn)行拋丸處理； ⑤用火焰對拋丸后的聚烯烴層進(jìn)行火焰加熱極化復(fù)合處理； ⑥在防腐管外套裝聚乙烯夾克管，確保聚乙烯夾克管與防腐管的中心軸重合； ⑦在防腐管和聚乙烯夾克管之間填充聚氨酯發(fā)泡材料，經(jīng)發(fā)泡工藝形成聚氨酯泡沫材料層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高剪切力三層聚烯烴防腐保溫鋼管的制作工藝，其特征在于所述的步驟④拋丸處理時間為3 5min，拋丸處理采用的介質(zhì)包括鋼丸、鋼砂，鋼丸質(zhì)量含量為20% 50%，鋼砂質(zhì)量含量為50% 80%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高剪切力三層聚烯烴防腐保溫鋼管的制作工藝，其特征在于所述的鋼丸與鋼砂質(zhì)量比為1:3。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高剪切力三層聚烯烴防腐保溫鋼管的制作工藝，其特征在于所述的步驟⑤中火焰加熱極化復(fù)合處理的火焰加熱溫度為80(Tl20(TC，連續(xù)加熱時間0. 5 I秒，循環(huán)加熱4次。
全文摘要
本發(fā)明屬于防腐保溫鋼管領(lǐng)域，具體涉及一種高剪切力三層聚烯烴防腐保溫鋼管及其制作工藝，該鋼管包括三層聚烯烴防腐管，防腐管由內(nèi)到外依次包括鋼管管體、環(huán)氧粉末層、膠粘結(jié)層和聚烯烴層，防腐管外套裝聚乙烯夾克管，防腐管和聚乙烯夾克管之間設(shè)有聚氨酯發(fā)泡材料層，制作工藝主要是對聚烯烴層進(jìn)行拋丸、火焰加熱極化復(fù)合處理。通過本工藝既能增強(qiáng)聚氨酯發(fā)泡材料層與3PE防腐管表面聚乙烯層的粘接性能，以提高成品3PE防腐泡沫夾克管的剪切強(qiáng)度，又不會破壞3PE防腐管中環(huán)氧粉末層的耐腐蝕性能，從而突破了3PE防腐管制作大剪切力保溫管的限制，解決了行業(yè)難題，為穿越沼澤、泥潭等特殊地域提供了一種可靠的防腐保溫鋼管產(chǎn)品。
文檔編號F16L58/00GK102705633SQ20121017848
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月31日
發(fā)明者劉力赫, 劉彥良, 楊軍, 王慎法, 王維新, 董海峰, 閆建國, 閆德泉, 鮑新愿 申請人:山東勝利鋼管有限公司